探討關系數(shù)據(jù)庫設計中范式理論的教學方法

【摘要】關系數(shù)據(jù)庫設計中的范式理論是數(shù)據(jù)庫課程教學中的重要內(nèi)容。學生往往對采用數(shù)學公式描述的范式理論感覺比較抽象并且晦澀難懂。因此，為了幫助學生更好的理解和應用范式理論，教師應該以課本知識點為依托，精心設計范式理論的實例進行重點講解，引導學生積極思考問題并參與實例的討論，充分發(fā)揮學生學習的主動性，這樣有利于對理論知識的掌握。

【關鍵詞】關系數(shù)據(jù)庫;范式理論;教學方法

一、引言

在數(shù)據(jù)庫的設計中，最為重要的是構(gòu)建合理的關系數(shù)據(jù)模型，而關系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論是必須遵守的基本原則。因此，了解和學習范式理論相關知識顯得尤其重要。而在學習過程中，由于教材上對范式理論的講解往往只是描述了基本概念，強大的專業(yè)術語讓學生無所適從，難以理解并且不會應用，從而逐漸失去對數(shù)據(jù)庫學習的興趣。因此，本文圍繞該問題并結(jié)合實例對關系數(shù)據(jù)庫中范式理論的教學方法進行了探討。

二、范式理論的相關概念

1、函數(shù)依賴

定義：設U為屬性集，X、Y是U的子集。若R是U上的關系模式，且R上的任意一個可能關系，對于每一個X都有唯一確定的Y值與之對應，則稱X決定函數(shù)Y或函數(shù)Y依賴于X，記為 。

為了讓學生更好的掌握知識點，教師可以輔以案例進行講解。例如描述某高校教師的關系，可以有工號、名字、姓名和職稱等屬性，如表1所示。

表1

根據(jù)依賴的定義，在上表中每個職員工號就能決定其余屬性值，換而言之，當給定職員工號便唯一確定了姓名、性別、年齡和職位。例如假設教師工號為1078，則相對應的姓名是張燕，性別為女，年齡為46歲，職稱為副教授。故函數(shù)依賴關系可以記為：教工號（姓名，性別，年齡，職稱）。對表格的分析，學生更容易理解函數(shù)依賴的定義。

2、完全函數(shù)依賴、部分函數(shù)依賴和傳遞函數(shù)依賴

（1）定義1：X和Y為R中的集合， 且對于X的任意一個真子集X，都有X不能決定Y，則稱Y對X的完全函數(shù)依賴。

（2）定義2：X和Y為R中的集合， 且對于X的真子集X，存在X決定Y，則稱Y為X的部分函數(shù)依賴。

（3）定義3：X、Y、Z為R中的集合，如果存在 、 ，但Y不決定X，且Y不包含Z，存在 ，則稱Z對X的傳遞函數(shù)依賴。

教師在教學過程中，同樣可以通過實例來分析講解函數(shù)。例如，某高校學生專業(yè)課的成績，每個學生對應很多門專業(yè)課，而每門專業(yè)課的考試分數(shù)也不同。如表2所示。

表2

根據(jù)上述定義，從表2可以看出，學號和專業(yè)課決定考試分數(shù)，兩者為完全函數(shù)依賴關系;學號可以決定部分函數(shù)依賴關系姓名，但姓名只依賴于學號和專業(yè)課中的一部分，故稱姓名部分依賴于學號和專業(yè)課。而傳遞函數(shù)依賴關系：假設在學號，學院，院長構(gòu)成的關系模式中，學號決定院系，學院決定院長，從而可以推出學號決定院長，故稱為傳遞依賴。

函數(shù)依賴關系是學習范式的基礎理論，只有把握和理解其概念和應用，才能在數(shù)據(jù)庫設計中正確的使用函數(shù)依賴。這樣，通過對實例的分析，能夠讓學生們更加清楚明了三種類型函數(shù)依賴的關系與區(qū)別。

三、范式理論的教學

范式理論是建立在函數(shù)依賴關系基礎之上的，是數(shù)據(jù)庫設計必須遵循的基本準則。

1、第一范式1NF

第一范式是指R中的每個關系分量都是不可分的數(shù)據(jù)項，該定義換言之，就是每個屬性都不能再分割，都是最小單位。為了幫助正確理解該定義，教師輔以實例進行分析，例如，高校圖書館同學借閱記錄，如表3所示。

表3

在表3中，學生張宇借閱了兩本書籍，該數(shù)據(jù)單元還可以再分割，從而不滿足1NF。同時也會給數(shù)據(jù)更新帶來很多麻煩，例如，插入數(shù)據(jù)方面，如果添加一名同學的借閱記錄，但該同學并沒有借閱任何書籍，則就會造成該同學借閱記錄為空值，如果同時添加多名同學，則會造成借閱記錄一欄中有很多空值，這對數(shù)據(jù)的處理帶來不便。

因此對此關系模式進行修正，可以分割為兩個表，學號和姓名，學號和借閱記錄各為一個關系模式，修正后的表格對于借閱同一本書的學生人數(shù)更為方便，這樣通過實例的講解，對第一范式的運用更加清楚明白。

2、第二范式2NF

第二范式是指，若關系R滿足1NF，且每一個非主屬性對碼必須完全函數(shù)依賴。該定義是在1NF的基礎上加上了一個限制條件，教師在教學中采用表2進行分析，姓名部分依賴于學號和專業(yè)課，不滿足2NF的定義，必須進行修正。我們將之分為兩個表格：（1）學號和姓名的關系模式，其中主屬性是學號，非主屬性是姓名且完全函數(shù)依賴于主屬性;（2）學號，專業(yè)課和考試分數(shù)的關系模式，其中主屬性是學號和專業(yè)課，非主屬性為成績且完全函數(shù)依賴于主屬性，滿足2NF的定義。（1）和（2）的關系模式滿足2NF定義的條件。通過這樣的講解，學生不僅理解了2NF的概念，也學會了在實際應用中如何實際2NF。

3、第三范式3NF

第三范式是指，若R關系滿足2NF，且每一個非主屬性對碼不存在傳遞函數(shù)依賴。例如在關系模式（學號，姓名，院系，院長）中，學號為主屬性，非主屬性為（姓名，院系，院長），該關系滿足2NF。但學號決定院長是傳遞函數(shù)關系不滿足3NF。因此，必須進行修正，同樣的可將其分解為（學號，姓名，院系）和（院系，院長）為兩個關系模式，修正后的關系模式遵循3NF。教師可以讓學生比較修正前后是否還存在其他的問題，通過如此講解，學生理解了數(shù)據(jù)庫設計要遵循的3NF，也能夠更加清楚在不滿足3NF的情況下，如何進行修正。這樣，學生不僅掌握了理論知識，又能在案例分析學會對范式理論的運用。

四、結(jié)論

綜上所述，范式理論作為數(shù)據(jù)庫設計必須遵守的基本規(guī)則，是數(shù)據(jù)庫教學中的難點所在。在數(shù)據(jù)庫設計的教學中，應該本著理論與實踐相結(jié)合的教學思想，圍繞書本知識點并輔以實例進行分析和講解，讓學生更容易接受并理解范式理論。在學習了范式理論后，教師應該指導學生設計并完成一定量的數(shù)據(jù)庫設計，讓學生對數(shù)據(jù)庫設計流程有個整體認知，并能將所學知識運用到實踐中去。

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【作者簡介】

李萍華（1980—），女，漢族，九江人，本科學歷，工學學士，畢業(yè)院校：昆明理工大學，九江職業(yè)大學助教，主要研究方向：計算機科學與技術。